[發明專利]一種適用于層合板載荷-變形映射關系的測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201710532655.7
• 申請日: 2017-07-03
• 公開（公告）號: CN107478189B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 張婷玉;鐘揚;姚文昊;王潔;李晴凇;王育杰;馬蕾
• 申請（專利權）人: 航天材料及工藝研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G01B21/32
• 分類號: G01B21/32;G01N3/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 任林沖

1.一種適用于層合板載荷-變形映射關系的測量裝置，其特征在于，包括基座(1)、仿形支撐塊(2)、直線導軌I(4)、加壓支撐架組件、可調加壓組件、壓力傳感器(20)、變形量監測支撐架組件、位移傳感器(15)和變形量監測輔助組件，

仿形支撐塊(2)為至少4個可拼接的聚氨酯塊體，將聚氨酯塊體固定連接于基座(1)上，形成與層合板形狀相同的以支撐層合板的仿形底托；

直線導軌I(4)對稱設置在基座(1)的兩側，并且加壓支撐架組件可在直線導軌I(4)上滑動，可調加壓組件可在加壓支撐架組件的橫梁II(10)上滑動，實現對層合板上任意點的加壓；

可調加壓組件包括壓板(29)、支架(24)、導柱(23)、翻板(22)、螺紋推桿(21)、聚氨酯套(25)、拉簧(28)、頂板(26)和聚氨酯壓塊(27)，壓板(29)與支架(24)固定連接構成組件并可在加壓支撐架組件的橫梁I(6)上滑動，翻板(22)與壓板(29)固定連接，螺紋推桿(21)通過翻板(22)上的螺紋孔與翻板(22)連接，導柱(23)穿過壓板(27)與支架(24)構成的組件上的通孔并與頂板(26)固連，聚氨酯套(25)套在導柱(23)下端，支架(24)通過拉簧(28)與頂板(26)連接，頂板(26)與聚氨酯壓塊(27)固連，聚氨酯壓塊(27)下端通過頂壓壓力傳感器(20)而對被測復合材料層合板施加載荷；

壓力傳感器(20)上方貼合于可調加壓組件下方，壓力傳感器(20)下方壓緊在層合板上，通過操作可調加壓組件將壓力作用在壓力傳感器(20)上，獲得作用在層合板上的壓力值；

變形量監測支撐架組件與基座(1)固定連接，位移傳感器上端(15)與變形量監測支撐架組件下端連接；

變形量監測輔助組件上端與位移傳感器(15)的下端連接，變形量監測輔助組件的底座粘接在層合板上，

通過變形量監測輔助組件將層合板的變形量轉化為位移傳感器的位移量，實現層合板上不同位置處變形量的測量。

2.如權利要求1所述的一種適用于層合板載荷-變形映射關系的測量裝置，其特征在于，分別設計陰模仿形支撐塊和陽模仿形支撐塊，基于層合板的放置情況，選擇與之匹配的陰模仿形支撐塊或陽模仿形支撐塊。

3.如權利要求1所述的一種適用于層合板載荷-變形映射關系的測量裝置，其特征在于，加壓支撐架組件包括數量一致的滑塊I(5)和橫梁I(6)，其中1個滑塊I和1個橫梁I構成一個組件，橫梁I與滑塊I固連，滑塊I可帶動橫梁I在直線導軌I上自由滑動。

4.如權利要求1所述的一種適用于層合板載荷-變形映射關系的測量裝置，其特征在于，在每個可調加壓組件上對稱設計兩個螺紋推桿(21)，通過分別調節兩個螺紋推桿(21)調整聚氨酯壓塊(27)的壓緊姿態，以適應被測復合材料層合板表面不同曲率。

5.如權利要求1所述的一種適用于層合板載荷-變形映射關系的測量裝置，其特征在于，變形量監測支撐架組件包括支撐框架(3)、直線導軌II(7)、滑塊II(8)、橫梁槽(9)、橫梁II(10)、直線導軌III(11)、滑塊III(12)、轉接塊(14)和傳感器槽(13)，支撐框架(3)與基座(1)固連，直線導軌II(7)固連于支撐框架(3)上，橫梁II(10)與滑塊II(8)固連，滑塊II(8)可帶動橫梁II(10)在直線導軌II(7)上自由滑動，直線導軌III(11)與橫梁II(10)固連，滑塊III(12)可在橫梁II(10)上自由滑動，滑塊III(12)與傳感器槽(9)固連，轉接塊(14)連接傳感器槽(9)和位移傳感器(15)，直線導軌II(7)對稱設置在支撐框架(3)的兩側。

6.如權利要求1所述的一種適用于層合板載荷-變形映射關系的測量裝置，其特征在于，變形量監測輔助組件包括連接夾板組件、導向桿(17)、短桿(18)和底座(19)，連接夾板組件由兩個夾板(16)固定連接，連接夾板組件的上端與位移傳感器(15)固連，下端與導向桿(17)固連，導向桿(17)底部的導向環下端套住短桿(18)，短桿(18)插入底座(19)，底座(19)粘接在被測復合材料層合板上。

7.一種適用于層合板載荷-變形映射關系的測量方法，其特征在于，具體步驟如下：

(1)將復合材料層合板放置于陽模仿形支撐塊上，確保層合板的特征與仿形支撐塊上對應特征對齊；

(2)按需要將可調加壓組件和變形量監測輔助組件分別移動至需要進行施加載荷和進行變形量測量的位置，將壓力傳感器放置在層合板上需要進行壓力監測的位置，將變形量監測輔助組件的底座粘接在層合板的對應位置；

可調加壓組件包括壓板(29)、支架(24)、導柱(23)、翻板(22)、螺紋推桿(21)、聚氨酯套(25)、拉簧(28)、頂板(26)和聚氨酯壓塊(27)，壓板(29)與支架(24)固定連接構成組件并可在加壓支撐架組件的橫梁I(6)上滑動，翻板(22)與壓板(29)固定連接，螺紋推桿(21)通過翻板(22)上的螺紋孔與翻板(22)連接，導柱(23)穿過壓板(27)與支架(24)構成的組件上的通孔并與頂板(26)固連，聚氨酯套(25)套在導柱(23)下端，支架(24)通過拉簧(28)與頂板(26)連接，頂板(26)與聚氨酯壓塊(27)固連，聚氨酯壓塊(27)下端通過頂壓壓力傳感器(20)而對被測復合材料層合板施加載荷；

(3)通過螺紋推桿給層合板施加載荷，穩定后，讀取壓力傳感器承受的壓力值，并對壓力值進行數據采集，獲得施加載荷過程中位移傳感器的動態曲線，將起始和終止時的位移值做差，獲得施加載荷過程中層合板的變形量；

(4)重復進行步驟1-4五次，得到5組載荷-變形映射關系；

(5)建立施加載荷過程的有限元仿真模型，并對有限元仿真模型修正，直至5組載荷-變形映射關系均可以通過有限元仿真模型復現；

(6)在有限元仿真模型中逐漸加大施加的外力載荷直至層合板的最大應力值達到許用值，此時的外力載荷即為層合板在陽模仿形支撐塊上放置的許用載荷；

(7)將復合材料層合板放置于陰模仿形支撐塊上，確保層合板的特征與仿形支撐塊上對應特征對齊；

(8)重復進行步驟2-6，得到層合板在陰模仿形支撐塊上放置的許用載荷。